Ischemia-reperfusion injury in human liver transplantation : Mechanisms and effects on graft function

Liver transplantation is an established therapy for both acute and chronic liver failure. Despite excellent long-term outcome, graft dysfunction remains a problem affecting up to 15-30% of the recipients. The etiology of dysfunction is multifactorial, with ischemia-reperfusion injury regarded as one of the most important contributors. This thesis focuses on the inflammatory response during graft procurement and reperfusion in liver transplantation in adults. Activation of protein C was examined as a potential endogenous anti-inflammatory mechanism. The effects of inflammatory responses on graft function and outcome were investigated. Seventy adult patients undergoing liver transplantation in Helsinki University Central Hospital, and 50 multiorgan donors, were studied. Blood samples from the portal and the hepatic veins were drawn before graft procurement and at several time points during graft reperfusion to assess changes within the liver. Liver biopsies were taken before graft preservation and after reperfusion. Neutrophil and monocyte CD11b and L-selectin expression were analysed by flow cytometry. Plasma TNF-α, IL-6, IL-8, sICAM-1, and HMGB1 were determined by ELISA and Western-blotting. HMGB1 immunohistochemistry was performed on liver tissue specimens. Plasma protein C and activated protein C were determined by an enzyme-capture assay. Hepatic IL-8 release during graft procurement was associated with subsequent graft dysfunction, biliary in particular, in the recipient. Biliary marker levels increased only 5 7 days after transplantation. Thus, donor inflammatory response appears to influence recipient liver function with relatively long-lasting effects. Hepatic phagocyte activation and sequestration, with concomitant HMGB1 release, occurred during reperfusion. Neither phagocyte activation nor plasma cytokines correlated with postoperative graft function. Thus, activation of the inflammatory responses within the liver during reperfusion may be of minor clinical significance. However, HMGB1 was released from hepatocytes and were also correlated with postoperative transaminase levels. Accordingly, HMGB1 appears to be a marker of hepatocellular injury.

Uutta tietoa tulehdusvasteesta kliinisessä maksansiirrossa Maksansiirto on vakiintunut hoitomuoto sekä akuutissa maksan vajaatoiminnassa että kroonisissa maksasairauksissa. Maksansiirron pitkäaikaistulokset ovat erinomaisia; Suomessa 72 prosenttia potilaista on elossa kymmenen vuoden kuluttua siirrosta. Hyljinnän ja immunosuppressioon liittyvien komplikaatioiden lisäksi maksasiirteen varhainen toiminta on yksi tärkeimmistä pitkäaikaisennusteeseen vaikuttavista tekijöistä. Maksansiirrossa luovuttajalta irrotettu maksa kärsii kylmäsäilytyksestä huolimatta kuljetuksen aikana hapenpuutteesta (iskemia). Toisaalta vastaanottajalla verenkierron palauttaminen maksaan (reperfuusio) aiheuttaa kudosvaurion siirteessä. Tämä iskemia-reperfuusiovaurio vaikuttaa keskeisesti siirteen varhaiseen toimintaan käynnistämällä siirteessä luonnollisen immuniteetin (engl. innate immunity) välittämän tulehdusvasteen. Aktivoituneet valkosolut ja niiden tuottamat tulehdusvälittäjäaineet vaurioittavat suoraan siirrettä, mutta johtavat myös hankitun immuunivasteen (engl. adaptative immunity) käynnistymiseen ja sitä kautta esimerkiksi hyljintäreaktioon. Iskemia-reperfuusiovaurion mekanismeja maksassa on toistaiseksi selvitetty lähinnä koe-eläinmalleissa, ja tulehdusvastetta maksansiirrossa on tutkittu hyvin vähän ihmisillä. Tähän väitöstutkimukseen osallistui 70 aikuista maksansiirtopotilasta. Heiltä otettiin maksansiirron aikana näytteitä sekä maksaan menevästä (porttilaskimo) että sieltä tulevasta (maksalaskimo) verestä, jotta voitiin selvittää reperfuusion aikana maksaan paikallistuvia muutoksia. Maksasta otettiin myös koepalat ennen kylmäsäilytystä sekä reperfuusion jälkeen. Lisäksi verinäytteitä otettiin yhteensä 50 aivokuolleelta elintenluovuttajalta maksan irrotuksen aikana. Näytteistä tutkittiin sekä solusitoisia (valkosolujen CD11b ja L-selektiini) että liukoisia tulehdusmerkkiaineita (sytokiinit TNF-α, IL-6, IL-8, HMGB1; liukoinen ICAM-1). Lisäksi määritettiin luonnollisten antikoagulanttien proteiini C:n ja aktivoidun proteiini C:n (APC) pitoisuudet. Maksasiirteen toimintaa seurattiin päivittäin osana potilaan normaalia seurantaa otetuilla rutiinilaboratoriokokeilla. Tutkimuksessa havaittiin, että jo osalla elintenluovuttajista maksassa on käynnistynyt tulehdusreaktio, joka vaurioittaa erityisesti sappiteitä ja vaikuttaa siirteen toimintaan. Luovuttajilla todettu maksan IL-8 tuotanto oli yhteydessä vastaanottajan korkeisiin bilirubiini- ja AFOS-pitoisuuksiin siirron jälkeen. Reperfuusio aiheutti voimakkaan välittömän tulehdusreaktion maksasiirteessä: valkosolut aktivoituivat maksaverenkierrossa ja runsaasti valkosoluja siirtyi verenkierrosta maksakudokseen. Yllättäen tämä voimakas valkosoluaktivaatio, toisin kuin koe-eläimillä, ei vaikuttanut siirteen toimintaan. Sen sijaan tulehdusvälittäjäaine HMGB1 vapautuminen maksasta reperfuusion aikana oli yhteydessä korkeisiin ALAT-pitoisuuksiin, ja oli erityisen voimakasta rasvoittuneissa maksoissa, jotka ovatkin rasvattomia herkempiä iskemia-reperfuusiovauriolle. Reperfuusion aikana luonnollisia antikoagulantteja proteiini C:tä ja APC:ta kului runsaasti maksassa. Tämä oli yhteydessä valkosoluaktivaatioon. Mitä enemmän proteiini C:tä kului maksassa, sitä vähemmän valkosolut aktivoituivat. Tämä löydös tukee aiemmin koe-eläinmalleissa havaittua luonnollisten antikoagulanttien suoraa tulehdusta rajoittavaa vaikutusta. Tämän väitöstutkimuksen perusteella tulehdusvaste maksassa käynnistyy jo elintenluovuttajassa ennen iskemia-reperfuusiovauriota. Tulevaisuudessa luovuttajan tulehdusvasteen rajoittaminen esimerkiksi kortisonihoidolla voi parantaa siirteen varhaista toimintaa. Toisaalta reperfuusio aiheuttaa voimakkaan paikallisen tulehdusvasteen maksassa. Tämän tutkimuksen perusteella tulehdusvastetta voitaisiin todennäköisesti rajoittaa käyttämällä hyväksi luonnollisia antikoagulantteja, joiden vaikutus perustuu elimistön fysiologisiin tulehdusta rajoittaviin säätelymekanismeihin. Siirteen varhaiseen toimintaan vaikuttavien tekijöiden, erityisesti maksan tulehdusvasteen, hallinta saattaa parantaa maksansiirron ennustetta entisestään.